GIS空间数据分析.ppt

--1--2016年11月26日8时38分地理信息系统原理胡守成昆明理工大学信自学院计科系第六章GIS空间分析--2--2016年11月26日8时38分第六章GIS空间分析?空间数据分析是指一切用以提取地理空间信息以及时空分布、组合、联系和发展的知识、涉及空间位置要素和空间关系的分析。?GIS空间分析主要包括:空间几何分析、网络分析、空间统计分析、数字地形分析等。--3-- 数字高程模型的概念1、数字地形模型数字地形模型(Digital Terrain Model [DTM])是描述地面特征空间分布的有序数值阵列,其坐标可以是X、Y或经、纬度,是对区域地理空间数据描述的基本形式和手段之一,是进行地理空间分析的基础数据。2、数字高程模型当将数字地形模型的地面特征用于描述地面高程时,DTM杯称为数字高程模型(Ditatal Elevation、Model[DEM])--4--、DTM的数学表达从数学的观点来看,DTM是定义在区域D上的n维向量的有限序列DTM ={Vi i=1、2…n} 其中Vi是一个m维向量。Vi ={Vi1,Vi2,Vi3,…,Vim}4、DEM的数学表达数字高程模型是DIM的一个地形分量,它能比较准确地表示地形的表面形态,表示区域D上地形的三维向量的有限序列:DEM ={Vi=(Xi,Yi,Zi)Xi,Yi?D i=1,2,…,n}Xi,Yi表示平面位置,Zi表示相应的高程。--5--? DEM数据采集方法建立DEM首先必须量测一些点的三维坐标,这就是DEM数据采集或数据获取,这些具有三维坐标的点称为数据点或参考点。根据采集方式的不同,可分为选点采集、随机采集、沿等高线采集、沿断面采集等。根据采集方式的不同,数据采集方法可分为:(1)直接从地面测量,如用GPS、全站仪、野外测量等。(2)根据航空货航天影像,通过摄影测量途径获取。(3)从现有地图地图采集,利用数字化仪对已有地图上的信息进行数字化。--6--? DEM空间内插方法利用各种方法采集的DEM数据点数据必须经过数据处理才能应用,常用的数据处理包括:数据格式的转换、坐标系的变换、数据编辑、数据分块、数据内插等。内插时DEM的核心问题,它贯穿在DEM的生产、质量控制、精度评定和分析应用等各个环节。DEM内插就是根据参考点的高程求出其它待定点的高程。DEM内插分为整体内插、分块内插和逐点内插3类。常见的内插方法有距离加权、移动拟合、双线性多项市内插、最小二乘配置方法等。--7--? 地学分析与应用DEM的应用十分广泛,在测绘中,它可以用来绘制等高线、坡度图、坡向图、立体透视图,制作正射影像图、立体景观图,进行地图的修侧以及进行三维仿真等。1、地形因子的自动提取1)坡度和坡向分析地面上某点的坡度是表示地表面在该点的倾斜程度的一个量。因此是一个既有大小又有方向的矢量。坡度和坡向计算分为两种,一种为微分表示,另一种为矩阵3X3表示。坡度和坡向的计算通常在3X3个DEM矩形格网中进行。坡度slope =tanP = [(?z/?x)2+ (?z/?y)2]1/2坡向Dir = (-?z/?y)/(?z/?x)--8--)面积和体积的计算(1)表面积的计算:如果是规则矩形格网的DEM,则将每个格网分解为三角形,使用海伦公式计算三角型的表面积。S= √P(P-D1)(P-D2)(P-D3) P =1/2(D1+D2+D3) Di = √△Xi2+ △Yi2+ △Zi2 (1≤i ≤3)式中:Di表示第i对三角型两顶点之间的表面距离;S表示三角型的表面积;P表示三角型的周长的一半,整个DEM的表面积则是每个三角型表面积之和。(2)投影面积的计算:投影面积是指任意多边形在水平面上的投影面积,可以直接采用海伦公式进行计算,只要将公式中的距离改为平面上两点的距离即可。--9--(3)体积的计算:DEM体积可由四棱柱和三棱柱的体积今昔累加得到。四棱柱上表面可用抛物双面拟合,三菱住上表面可用斜平面拟合,下表面均为水平面或参考平面,计算公式如下:V3 =(Z1+Z2+Z3)/3·S3V4 =(Z1+Z2+Z3+Z4)/4·S4式中:S3与S4分别是三棱柱和四棱柱的底面积。3)地表粗糙度的计算地表粗糙度一般定义为地表单元的曲面面积与其在水平面上的投影面积之比。但根